核桃壳基活性炭的制备及对水体中孔雀石绿和4氯苯酚的吸附研究.pdf

At h e s i ss u b m i t t e dt oZ h e n g z h o uU n i v e r s i t yf o rt h ed e g r e eo fM a s t e rAS t u d yo nt h eA d s o r p t i o no fM a l a c h i t eG r e e na n dP —C h l o r o p h e n o lf r o mt h eA q u e o u sS o l u t i o nb yA c t i v a t e dC a r b o np r e p a r e df r o mN u t s h e l lB yM a n m a nZ h a n gS u p e r v i s o r ：P r o f ．R u n p i n gH a nA n a l y t i c a lC h e m i s t r yT h eC o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dM o l e c u l a rE n g i n e e r i n gM a y ，2 0 1 2原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本声明的法律责任由本人承担学位论文作者：张量量．日期：漆佗年岁月1 6E l学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学保密论文在解密后应遵守此规定学位论文作者：张量量日期：压陉年岁月z 6 日摘要摘要本文以农作物废弃物核桃壳为原料，Z n C l 2 和H 2 S 0 4 为活化剂，微波加热法制备活性炭采用单因素实验法，考查了活化剂Z n C l 2 和H 2 S 0 4 浓度、微波功率、微波时间、浸渍时间以及剂料比等因素对制备活性炭的影响根据测得活性炭对亚甲基蓝的吸附量，确定了微波辐射核桃壳制备活性炭的优化工艺条件。

研究结果表明Z n C l 2 浓度4 0 ％，H ：S 0 4 浓度3 ％，微波功率6 4 0W ，微波时间5m i n ，浸渍2 4h ，剂料比3 ：l ，制得活性炭对亚甲基蓝的吸附量是1 5 5m g ·g - 1 ，产率是3 4 ．7 ％，所制活性炭性能良好采用红外光谱( ⅡD 、X 射线粉末衍射光谱( X R D ) 、X 射线荧光光谱( X R r ) 、元素分析、差热分析、比表面积测定、S E M 、表面官能团和p H 等电点测定等方法对核桃壳( N S ) 和核桃壳基活性炭( N S A C ) 进行了表征和分析分别从静态和动态两方面研究了N S A C 对孔雀石绿( M G ) 和4 ．氯苯酚p ．C P )的吸附行为其中静态实验考查了吸附剂用量、溶液p H 、共存离子、溶液初始浓度、时间和温度等因素对吸附的影响结果表明：N S A C 对M G 和p - C P 吸附的最佳p H 分别是p H = 5 、p H p H p z c ，N S A C 释放质2 9第三章核桃壳基活性炭0 q S A C ) 的制备与表征子而带负电，有利于吸附阳离子染料；当外界溶液的p H 9 9 ％，酽> 0 ．9 8 0 1 ( n = 1 0 ) 时，拟合可信，回归方程有意义。

可根据萨和误差分析数据结果，来确定吸附等温线最适合的吸附模型由表4 ．1 中砰和误差分析的数据，F r e u n d l i c h 和K o b l e ．C o r r r i g a n 模型能更好的描述吸附等温线L a n g m u i r 模型中参数铀表示单分子层吸附的饱和吸附量：鼠表示吸附剂对吸附质的结合力大小由表4 ．1 可以看出，L a n g m u i r 模型中萨均小于0 ．9 8 0 1 ，四种误差均较大，说明L a n g m u i r 模型不太适合N S A C 对M G 的吸附F r e u n d l i c h 模型主要用于高浓度吸附质和非均匀表面的吸附根据表4 ．1 ，无论线性分析还是非线性分析，其参数1 ／n 值都小于0 ．2 ，这表明，实验条件下，N S A C 易于吸附M G F r e u n d l i c h 模型中的帮均大于0 ．9 8 0 1 ，误差分析中，非线性分析优于线性分析，因此，F r e u n d l i c h 模型能较好的描述该实验等温线，且非线性分析优于线性分析T e m k i n 模型也是用于描述非均匀表面吸附，其线性和非线性形式是一样的。

通过表4 ．1 数据，其砰和四种误差值，只有3 0 3K 温度下的模拟最差，其它温度拟合度较高但综合考虑，T e m k i n 模型不太适合N S A C 对M G 的吸附K o b l e ．C o r r i g a n 模型是F r e u n d l i c h 模型和L a n 毋n u i r 模型的结合由表4 ．1 可以看出，刀值与1 相差很大，介于0 和1 之间，所以K o b l e ．C o r r i g a n 模型与L a n g m u i r模型有较大差别从萨和误差分析数值上看，K o b l c ．C o r r i g a n 模型描述实验条件下的N S A C 对M G 吸附的拟合度较高，且线性和非线性数值相差不大，可以用来描述N S A C 对M G 的吸附行为通过这四种吸附模型的对比，综合各方面因素，F r e u n d l i c h 和K o b l e ．C o r r r i g a n模型能最好的描述N S A C 对M G 的吸附行为由此可见，同一个吸附过程可以用多个模型来描述4 ．4 ．2N S A C 对M G 的吸附热力学分析通过对吸附过程的热力学分析，可以了解吸附反应机理，通过调节反应条件，使反应向期望的方向发展。

根据公式( 1 ．3 ～1 ．6 ) ，计算热力学参数，结果如表4 ．2 表4 ．2N S A C 对M G 吸附的热力学参数当A H 0 ，说明反应为吸热反应【．丌，升高温度有利于反应的进行A S > 0 ，是熵增加的过程，这是因为有一个M G 分子吸附到N S A C 上，就有多个H 2 0 分子脱附，因而熵增加4 ．5N S A C 对M G 吸附的表面动力学分析吸附动力学是考查吸附过程随时间变化的关系，与物质浓度、反应温度和时间密切相关本节采用准一级动力学方程、准二级动力学方程、E l o v i c h 方程和双常数方程对实验条件下N S A C 吸附M G 的动力学数据进行了线性和非线性拟合、分析，拟合结果如图4 ．1 9 和表4 ．3 所示根据表4 ．3 的分析结果，对比各模型的灭2 值，准二级动力学方程拟合的程度最好；在准二级模型中，对比误差分析，线性分析和非线性分析的误差相差不大，因而线性和非线性都可很好的描述N S A C 吸附M G 的表面动力学过程结合图4 ．1 9 ，N S A C 吸附M G 的动力学曲线最符合准二级方程，这说明该吸附是化学吸附【3 】o另外，除了准二级动力学方程，E l o v i c h 方程也能较好的描述实验结果，萨较大，误差比较小，这说明该吸附过程是一个非均相扩散过程。

而从图4 ．1 9 也可以看出，准一级动力学方程和双常数方程与实验数据的拟合度较差，不太适合描述该吸附过程半吸附时间( f l 尼) 和扩散系数D 是表征吸附行为的重要参数，可以根据方程( 4 ．1 )和( 4 ．2 ) 来计算f ⋯= 二( 4 ．1 ) ●，-■ 庀2g ￡0 ．0 3 r2 r l ，2 = 丁( 4 ．2 )式中，恕、g 为准二级方程中参数，r 为N S A C 颗粒的半径( 锄) ，f l 尼为半吸附时间( m i n ) ，D 为扩散系数( c m 2 ／s ) 计算出f l 忍和D 分别为1 0 7r a i n 、1 ．1 6 X1 0 母c m 2 ／s ，D 不在l O 加．1 0 Ⅲc m 2 ／s 之间，说e Y J 孑L 扩散在本实验中不是主要的4 2Ot 0 0mⅫm Mmt ／r a i na ( 1 )o1 0 0锄卸柚蜘皿“ R o锄《2 )田一咐r四，01 ∞柚柚4 a O柚∞加8 0 0《3 )4 3a1 ∞硼3 ∞4 0 0嘲n n nt # r d nb ( 1 )O佃∞蛳枷锄蛳瑚脚b ( 2 )0蜘柚柚4 0 0锄唧“ ／Ww wb O )( I ．6 鲁等；詈吾乞鲁吾t l b 窖等第四章核桃壳基活性炭( N S A C ) 对孔雀石绿( M G ) 的吸附研究' ：鲁 吾Om挪Ⅻm姗枷帅“1 )O' ∞Ⅻ鲫枷鲫∞7 ∞l ∞仙由c ( 2 )r 崎一m t 一0恤神柚枷蛳∞ 帅d ( 1 )O1 ∞柚班蛳鼬啪瑚枷¨州nd ( 2 )0啪瑚栅枷姗啪瑚哪O恤孤和∞锄珊瑚脚 t 腩岫c O )d O )图4 ．1 9 不同温度下N S A C 吸附M G 的表面动力学研究( a 代表准一级动力学，b 代表准二级动 力学，c 代表E l o v i c h 方程，d 代表双常数方程；i 是2 9 3K ，2 是3 0 3K ，3 是3 1 3K )第四章核桃壳基活性炭( N S A C ) 对孔雀石绿( M G ) 的吸附研究表4 ．3 不同温度下N S A C 吸附M G 的动力学分析N o n l i n e a rm e t h o dL i n e a rm e t h o dC o ／( m g ·L ．1 )2 0 03 0 04 0 12 0 03 0 04 0 12 9 3 K七2 ×1 0 咕q e ／( m g ·g - 1 ) 苻S S E X l 0 3A R S3 0 3 K1 ．0 02 5 50 ．9 6 04 ．4 30 ．3 1 2七2 ×l O ‘5q J ( m g ·g - 1 ) 凳S S E X i 0 3A R S3 1 3 K7 ．0 02 0 80 ．9 4 71 ．6 20 ．1 2 9赶x 1 0 1q J ( m g ·g ‘1 ) 萨6 ．0 08 ．0 02 1 22 3 30 ．9 4 40 ．9 5 l1 ．5 61 ．4 80 ．1 3 00 ．1 2 85 ．O O5 ．0 02 7 23 4 00 ．9 9 l0 ．9 4 90 ．6 2 64 ．4 90 ．0 3 9 50 ．1 2 10 ．9 5 82 8 40 ．8 6 71 ．5 60 ．3 9 26 ．2 92 1 30 ．9 9 41 ．6 70 ．1 3 75 ．6 37 ．3 72 1 32 3 50 ．9 8 40 ．9 9 51 ．4 81 ．4 30 ．1 3 60 ．1 3 46 ．1 84 ．2 22 6 63 4 60 ．9 9 60 ．9 9 60 ．6 0 04 ．0 90 ．0 4 6 40 ．1 3 05 ．0 04 ．0 04 ．0 05 ．1 44 ．6 63 ．7 82 2 43 0 83 5 92 2 13 0 63 6 80 ．9 8 70 ．9 7 90 ．9100 ．9 9 70 ．9 9 70 ．9 9 30 ．5 6 71 ．7 87 ．3 20 ．5 1 41 ．6 07 ．2 2A R S0 。